FADH ADP + Pi ATP...29 AG ' = -30,5 kj/mol...29 Resa di ATP per l ossidazione completa del glucosio...31

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1 FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA...1 Glicolisi e ciclo di Krebs...3 il NADH il NADPH e il FADH2 sono traportatori solubili di elettroni...4 LA FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA...5 Il mitocondrio...5 LA CATENA DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI...6 COMPONENTI DELLA CATENA RESPIRATORIA...7 Flavin mono nucleotide (FMN)...7 I citocromi...8 L ubichinone...9 Centri Fe-S...10 TERMODINAMICA DEL TRASPORTO DEGLI ELETTRONI...11 ADP + Pi ATP...14 AG ' = -30,5 kj/mol La catena di trasporto degli elettroni...15 Complesso I: da NADH all ubichinone...16 COMPLESSO II: DA SUCCINATO DEIDROGENASI A UBICHINONE...17 Complesso III: da ubichinone al citocromo C...18 CICLO Q...19 Complesso IV: dal citocromo-c all O Ipotesi dell accoppiamento chemio-osmotico (Mitchell)...25 La generazione del gradiente protonico...26 Meccanismo della pompa protonica...26 ATP-SINTASI...27 RESA DELL OSSIDAZIONE DEL NADH E DEL FADH ADP + Pi ATP...29 AG ' = -30,5 kj/mol...29 Resa di ATP per l ossidazione completa del glucosio...31 SISTEMI DI TRASPORTO DEI MITOCONDRI...36 Navetta del glicerofosfato...36 Navetta del malato-aspartato...37 ALTRI SISTEMI DI TRASPORTO MITOCONDRIALI...38 ATP-ADP translocasi

2 TRASPORTO CA

3 Glicolisi e ciclo di Krebs C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O 2 ATP glicolisi 2 GTP ciclo di krebs 10 NADH 2FADH2 3

4 il NADH il NADPH e il FADH2 sono traportatori solubili di elettroni NAD(P)+ + 2e- +2 H+ NAD(P)H 4

5 La fosforilazione ossidativa - Fase terminale del metabolismo ossidativo - Si ha l ox. di NADH e FADH2 e la riduzione dell O2 ad acqua - Questo processo è accoppiato alla sintesi di ATP Il mitocondrio 5

6 La catena di trasporto degli elettroni 4 complessi multienzimatici uniti da 2 trasportatori mobili di e- NADH + ½ O2 + H+ NAD+ + H20 6

7 Componenti della catena respiratoria trasportatori di elettroni Flavin mono nucleotide (FMN) 7

8 I citocromi proteine contenenti gruppi eme 8

9 L ubichinone 9

10 Centri Fe-S Fe-S 2 Fe- 2S 4 Fe- 4 S 10

11 Termodinamica del trasporto degli elettroni Una reazione redox: Fe3+ + Cu+ Fe2+ + Cu2+ può essere scritta come 2 semireazioni: Fe2+ Fe3++ ecu2+ + e- Cu+ Fe2+ e Fe3+ coppia coniugata redox In una reazione redox si riduce la coppia con potenziale di riduzione maggiore La misura del Ered di una coppia redox viene determinata rispertto au una coppia redox presa come standard di riferimento. 11

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13 In una reazione redox la differenza di potenziale di riduzione standard ( ε ) è uguale: 13

14 NADH + ½ O2 + H+ NAD+ + H20 ADP + Pi ATP AG ' = -30,5 kj/mol Resa= 30,5 x 3 =0,

15 La catena di trasporto degli elettroni 15

16 Complesso I: da NADH all ubichinone 16

17 Complesso II: da succinato deidrogenasi a ubichinone 1. succinato deidrogenasi (ciclo di Krebs) 2. Glicerolo 3-P deidrogenasi (shuttle del glicero-fosfato) 3. Acil-CoA deidrogenasi ( -ossidazione acidi grassi) [tramite Electron Transfer Flavoprotein] 17

18 Complesso III: da ubichinone al citocromo C Cit.C reduttasi (cit. b- c1) Passaggio da un sistema che trasporta 2 e- alla volta ad un sistema che trasporta 1 e- alla volta. 18

19 Ciclo Q 19

20 ciclo Q 20

21 Complesso IV: dal citocromo-c all O2 Citocromo C ossidasi 2 gruppi eme: eme a, eme a3 2 ioni rame: CuA, CuB Gli ioni Cu sono coordinati con 2 residui di Cys 21

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23 Meccanismo molecolare della citocromo-c ossidasi cit.a3 / CuB l'o2 si lega al cit.a3 / CuB 23

24 In che modo l energia liberata dal trasporto di elettroni è convertita in energia chimica (ATP)? 24

25 Ipotesi dell accoppiamento chemio-osmotico (Mitchell) L energia libera (G) che si libera durante il trasporto degli elettroni è conservata pompando ioni H+ dalla matrice verso lo spazio intermembranoso creando così un gradiente elettrochimico di protoni attraverso la membrana mitocondriale interna. Il gradiente è utilizzato dall ATP-sintasi per produrre ATP 25

26 La generazione del gradiente protonico Avviene a livello dei complessi multienzimatici I, III e IV che si comportano da pompe protoniche (pompano H+ verso lo spazio intermembranoso quando si ha il passaggio di eletroni nella catena respiratoria) dinitrofenolo (agente disaccoppiante) Meccanismo della pompa protonica Il trasporto di e- induce delle variazioni conformazionali nei complessi multienzimatici della catena respiratoria. Queste variazioni conformazionali inducono variazioni nel pk di residui posti sul lato citosolico della membrana 26

27 ATP-sintasi - F1 È composta da 2 subunità: - Fo (oligomicina) Fo è una proteina integrale di membrana (forma un canale per gli H+) composta da 3 diverse subunità (ab2c10-12) F1 composta da 5 diverse subunità (α3β3γδε). Le subunità-β possiedono un sito catalitico per la sintesi di ATP 27

28 Flusso protoni rotaz. di c e della subunità α3β3 è lo sferoide subunità b2 e una β γ ad esso attaccata tenuto fisso rispetto alla membrana dalle δ quindi ogni rotaz. di 120 pone γ diversa questo contatto induce la β in contatto cou ad assumere una conformazione β vuota (rilascio di ATP) quando ciò accade una delle altre 2 β è costretta ad assumere la forma β-atp e l altra β-adp Il flusso di protoni induce il distacco invece della sintesi di ATP!!!! 28

29 Resa dell ossidazione del NADH e del FADH2 Per l ox di un NADH 2,5 ATP (3 ATP, secondo vecchi calcoli) Per l ox di un FADH2 1,5 ATP (2 ATP, secondo vecchi calcoli) ADP + Pi ATP AG ' = -30,5 kj/mol 30,5 x 3 Resa= =0, in condizioni standard... 29

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31 Resa di ATP per l ossidazione completa del glucosio 31

32 Regolazione della fosforilazione ossidativa Il fabbisogno di ATP è fortemente variabile. Una intensa attività fisica richiede il consumo di 100 volte più ATP che nel riposo. la via da NADH al cit.c funziona vicino all'equilibrio: 1/2 NADH + cit.c3+ + ADP + Pi 1/2 NAD+ + cit.c2+ + ATP G 0 [ NAD + ] 1/ 2 [c 2 + ] [ ATP ] K eq = [ NADH ] [c 3 + ] [ ADP ][ P i ] invece la cit.c ossidasi catalizza una reazione irreversibile ed è controllata esclusivamente dalla disponibilità del substrato ( cit.c2+) quindi: 2+ 1/ 2 [c ] [ NADH ] =K eq 3+ + [c ] [ NAD ] 32 [ ADP ][ P i ] [ ATP ]

33 2+ 1/ 2 [c ] [ NADH ] =K eq 3+ + [c ] [ NAD ] [ ADP ][ P i ] [ ATP ] la velocità della fosforilazione ossidativa (proporzionale alla [cit.c2+] ) è tanto MAGGIORE quanto MAGGIORE è il rapporto [ NADH ] [ NAD + ] e tanto MAGGIORE è [ ADP ][ P i ] [ ATP ] La velocità della respirazione dipende essenzialmente dalla disponibilità di ADP (controllo dell accettore; controllo a livello del substrato) 33

34 Controllo della produzione di ATP (1) 34

35 Controllo della produzione di ATP (2) 35

36 Sistemi di trasporto dei mitocondri Navetta del glicerofosfato 36

37 Navetta del malato-aspartato Serve per trasportare il NADH citoplasmatico all interno dei mitocondri 37

38 Altri sistemi di trasporto mitocondriali ATP-ADP translocasi ATP4- fuori dal mitocondrio ADP3- entra nel mitocondrio Trasporto a favore di gradiente elettro-chimico. Questo trasporto impoverisce il gradiente elettrochimico. Una porzione considerevole del potenziale elettrochimico di membrana è speso per questo trasporto. 38

39 Trasporto Ca2+ 39